1 HASIL KALI TENSOR: KONSTRUKSI, EKSISTENSI
DAN KAITANNYA DENGAN BARISAN EKSAK
Samsul Arifin
[email protected] Mahasiswa S2 Matematika FMIPA UGM
Dalam tulisan ini akan dibahas mengenai konstruksi hasil kali tensor dari dua buah modul, dan yang terpenting adalah eksistensi dan ketunggalannya.
Kemudian akan dibahas juga mengenai eksistensi hasil kali tensor dua buah homomorfisma modul. Setelah itu akan diakahiri dengan pembahasan kaitan antara hasil kali tensor dengan barisan eksak.
Kata kunci: tensor product, homomorfisma modul, barisan eksak.
1.Pendahuluan (Konstruksi Hasil Kali Tensor)
Sebelum memasuki pembahasan tentang konstruksi hasil kali tensor dan eksistensinya, akan diberikan terlebih dahulu definisi pemetaan bilinear yang seimbang (balanced) yang akan sangat berperan dalam konstruksi hasil kali tensor dari dua buah modul, yaitu sebagai berikut.
1.1. Definisi (Hungerford, 1974):
Diberikan ring R, R-modul kanan M, R-modul kiri N dan sebarang grup Abel
G,
.Pemetaan : X Y G disebut fungsi bilinear dan seimbang atas R jika untuk setiap
1, 2 , ,1 2
x x X y y Y dan rR berlaku (i).
x1x y2, 1
x y1, 1
x y2, 1
(ii).
x y1, 1y2
x y1, 1
x y1, 2
(iii).
x r y1 , 1
x ry1, 1
(Balance)Di sini akan dibahas mengenai konstruksi hasil kali tensor dua buah modul. Misalnya Diberikan ring R, modul kanan X dan modul kiri R RY . Dari sini dapat dibentuk himpunan:
, | ,
X Y a b aX b Y
Selanjutnya, dari X Y dapat dibentuk suatu grup abelian bebas F, yang generator-generator bebasnya adalah elemen-elemen dari X Y , dinotasikan:
,
, | ,
, | , , , untuk 0 yang berhingga banyak
ij i j i j ij ij
i j
F x y x X y Y
c x y x X y Y c c
2 Perhatikan bahwa selalu ada monomorfisma natural :i X Y F dengan
x y, 1 ,
x y ,untuk setiap
x y, X Y, yaitu dengan mengambil cij 1 . Dari grup abelian bebas F tersebut, juga dapat dibentuk suatu subgroup H y y y1, 2, 3 yaitu subgroup yang dibangun oleh1, 2, dan 3
y y y dengan masing-masing berbentuk sebagai berikut:
1 2
3
', , ',
, ' , , '
, ,
y x x y x y x y
y x y y x y x y
y xa y x ay
Perhatikan juga bahwa selalu ada proyeksi kanonik : FF H dengan
x y', '
x y', '
H, untuk setiap
x y', '
F. Dari sini sudah bisa dibuat urutan pemetaan sebagai beriku:X Y i F F H Jika dibentuk i maka akan berlaku:
1
2
3
', , ', ', , ',
', , ', ', , ', 0
, ' , , ' , ' , , '
, ' , , ' , ' , , ' 0
, , , , , ,
F H
F H
y i x x y x y x y i x x y x y x y
x x y x y x y x x y x y x y H H
y i x y y x y x y i x y y x y x y
x y y x y x y x y y x y x y H H
y i xa y x ay i xa y x ay xa y x a
, ,
0F H,y
xa y x ay H H
yang artinya adalah suatu pemetaan bilinear R-balanced dari X Y ke F H .
Perhatikan bahwa dari dua buah pemetaan di atas yaitu X Y iF dan F F H, akan dapat dibuat skema “besar” sebagai berikut:
i
i
X Y F F H
X Y F H
Selanjutnya, didefinisikan "X RY" adalah grup kuosien komutatif X RY F H. Dari proses-proses X Y i F F H di atas, maka dapat dituliskan
x y, x y, H x y untuk setiap
x y, F. Dengan notasi ini, XRY adalah suatu grup komutatif, dimana generator-generator dari xy memenuhi:3
', , ', 0
', , ', 0
', , ', 0
' ' 0
' ' ... *
x x y x y x y
x x y x y x y
x x y H x y H x y H
x x y x y x y
x x y x y x y
, ' , , ' 0
, ' , , ' 0
, ' , , ' 0
' ' 0
' ' ... **
x y y x y x y
x y y x y x y
x y y H x y H x y H
x y y x y x y
x y y x y x y
, , 0
, , 0
, , 0
0
... ***
xa y x ay xa y x ay xa y H x ay H
xa y x ay
xa y x ay
Perhatikan bahwa dari sifat-sifat tersebut akan berakibat
xy a
xa y x ay ... ****
untuk setiap xX y, Y, dan aR. Butir-butir (*) sampai dengan (****) inilah yang akan menjadi sifat-sifat operasi “” pada X RY .
2.Eksistensi Hasil Kali Tensor
Setelah dibahas konstruksi hasil kali tensor dari dua buah modul di atas, bahwa dua buah pemetaan X Y iF dan FF H bisa dibentuk “secara alamiah” dari dua buah modul yaitu modul kanan X dan modul kiri R RY untuk suatu ring R. Dengan kata lain, hasil kali tensor juga selalu bisa dibentuk dari suatu modul kanan dan modul kiri yang “seolah-olah” dikalikan tersebut, padahal struktur keduanya berbeda.
Proposisi berikut diperlukan untuk menunjukkan eksistensi hasil kali tensor dari dua buha modul.
4 2.1.Proposisi (Hazewinkel, 2005):
Diberikan ring R, grup abelian G, modul kanan X , dan modul kiri R RX . Untuk sebarang pemetaan bilinear R-balanced f X Y: G, ada dengan tunggal pemetaan g X: Y G sedemikian hingga diagram
komutatif, yaitu berlaku f g . Bukti:
Misalkan diberikan sebarang suatu pemetaan bilinear R-balanced f X Y: G. Karena F adalah grup abelian bebas, maka akan ada dengan tunggal homomorfisma grup
komutatif, yaitu berlaku f f i, dimana i adalah pemetaan embedding natural dari X Y ke F.
Selanjutnya karena f adalah pemetaan bilinear R-balanced, maka f juga merupakan pemetaan bilinear R-balanced, yaitu pemetaan yang memenuhi aksioma-aksioma berikut:
', , ',
, ' , , '
, ,
f x x y f x y f x y f x y y f x y f x y
f xa y f x ay
Perhatikan bahwa:
', , ',
', , ', 0
', , ', 0
f x x y f x y f x y f x x y f x y f x y
f x x y x y x y
5
, ' , , '
, ' , , ' 0
, ' , , ' 0
, ,
, , 0
, , 0
f x y y f x y f x y f x y y f x y f x y
f x y y x y x y
f xa y f x ay f xa y f x ay
f xa y x ay
sehingga berlaku H Ker f
dengan H y y y1, 2, 3 untuk suatu
1 ', , ', , 2 , ' , , ' , 3 , , .
y xx y x y x y y x yy x y x y y xa y x ay
Dari sini diperoleh bahwa ada dengan tunggal homomorfisma grup g F H: G sedemikian hingga diagram
komutatif, yaitu berlaku f g . Jika diambil i, maka akan berlaku
g g i g i f i f , sehingga berakibat diagram
juga komutatif, yaitu berlaku f g . Selanjutnya tinggal ditunjukkan bahwa g adalah tunggal. Diberikan g' : F G
H adalah homomorfisma grup sebarang yang lain, maka akan diperoleh g' f yang artinya g'
i
g' f
g
i f i atau
g'
i f i.6 Karena sifat f yang tunggal, maka g' f sehingga berakibat g' f g , dan karena sifat yang surjektif berakibat gg'. Dengan demikian terbukti bahwa g bersifat tunggal.
Definisi dari hasil kali tensor dari dua buah modul adalah sebagai berikut.
2.2.Definisi (Hungerford, 1974):
Diberikan R-modul kanan X, R-modul kiri Y dan sebarang grup Abel
G,
. Grup Abel X RY beserta fungsi bilinear dan seimbang disebut hasil kali tensor dari X dan Y jika untuk setiap pemetaan bilinear dan seimbang : X Y G terdapat dengan tunggal pemetaan:X RY G
sedemikian hingga diagram berikut komutatif, yaitu .
Elemen-elemen dari XRY adalah
i I xiy xi iX dan yiY
.2.3.Contoh (Dauns, 1994):
1) Untuk sebarang 2 n , jika n n adalah ideal di dan adalah himpunan bilangan rasional (yang masing-masing juga merupakan -modul), maka berlaku
n 0
. Setiap elemen v berbentuk vnq untuk suatu q . Oleh karena itu, untuk setiap v dan w1w n dapat diperoleh:
1 1 1 1 0 n 0
v nq nq n q n n q n
2) Jika p q masing-masing adalah bilangan prima, maka sebagai -modul berlaku 0
p q . Perhatikan bahwa gcd
p q,
1 sehingga sp tq 1 untuk suatu ,s t . Selanjutnya untuk sebarang m p p dan n q berlaku:
1
0 0 0 0 0
p q p q p q p q
m n m n m n s p tq m n s p m n tq s pm n m tqn
n m
7 3) Misalnya diambil p2,q3, maka diperoleh 2 30. Perhatikan bahwa gcd 2,3
1sehingga s2 t3 1 untuk suatu s t, . Selanjutnya untuk sebarang m 2 dan n 3 berlaku:
2
3
2 3 2 3 2 31 3 2 2 3 2 3
0 0 0 0 0
m n m n m n m n m n m n m n
n m
Proposisi berikut menjelaskan bahwa hasil kali tensor bersifat tunggal, yaitu jika ada hasil kali tensor yang lain dari modul-modul X dan R RY , maka akan isomorfis dengan XRY .
2.4.Proposisi (Hazewinkel, 2005):
Diberikan ring R, modul kanan X dan modul kiri R RY . Jika
X RY,
maka berlaku:1)
X RY,
adalah hasil kali tensor dari X dan Y.2) Jika
T, '
sebarang hasil kali tensor dari X dan Y, maka ada isomorfisma grup :X RY T dengan ' , yaitu diagram
komutatif.
Bukti:
1) Berdasarkan Proposisi 2.1.
2) Diketahui
T, '
adalah sebarang hasil kali tensor dari X dan Y. Karena ' adalah pemetaan bilinear A-balanced, maka ada :X RY T dengan ' . Dengan cara sama, karena :X Y X AY adalah suatu pemetaan bilinear R-balanced maka dengan definisi hasil kali tensor, aka nada : T X RY dengan ' . Oleh karena itu berlaku dan ' ', dan karena dan ' bersifat tunggal maka dan tersebut adalah pemetaan identitas, yang artinya bahwa adalah suatu ismomorfisma.
8 3.Eksistensi Hasil Kali Tensor Homomorfisma Modul
Kejadian khusus dari Definisi 2.2 di atas adalah sebagai berikut. Perhatikan bahwa jika diberikan ring R, modul kanan X dan R X'R, modul kiri RY dan RY , kemudian diberikan juga ' homomorfisma modul f X: X' dengan a f a
X' dan g Y: Y' dengan
'b g b Y , serta pemetaan bilinear : X Y X Y. Berdasarkan proposisi di atas, jika ' '
C X Y maka untuk sebarang pemetaan bilinear h X Y: X'Y' akan ada dengan tunggal homomorfisma grup h X' : Y X'Y' dengan ab h a'
b
f a
g b
sedemikian hingga hh' . Untuk selanjutnya, dinotasikan h' f g.
Penjelasan di atas tertuang dalam Akibat 3.1 berikut.
3.1.Akibat (Hungerford, 1974):
Diberikan ring R, modul kanan X dan R X'R, modul kiri RY dan RY . Jika diberikan ' homomorfisma modul f X: X' dan g Y: Y', maka ada dengan tunggal homomorfisma grup f g X: RY X'RY' dengan ab f a
g b
untuk setiap a b X RY . Bukti:Diketahui f X: X' dengan a f a untuk setiap a
X dan g Y: Y' dengan
b g b untuk setiap b Y adalah homomorfisma modul. Perhatikan bahwa
: ' R '
h X Y C X Y dengan
a b, f a
g b
untuk setiap
a b, X Y merupakan suatu pemetaan bilinear, yaitu sebagai berikut. Untuk sebarang a a1, 1X, b b1, 1Y, dan rR berlaku:
1 2 1 1 2 1 1 2 1
1 1 2 1 1 1 2 1
1 1 2 1 1 2 1 1 2
1 1 1 2 1 1 1 2
1 1 1 1 1 1 1 1
,
, ,
,
, ,
, ,
h a a b f a a g b f a f a g b
f a g b f a g b h a b h a b
h a b b f a g b b f a g b g b
f a g b f a g b h a b h a b
h a r b f a r g b f a g rb h a rb
9 Oleh karena itu, akan terdapat dengan tunggal suatu homomorfisma grup
: R ' R '
h X Y C X Y sedemikian hingga diagram
komutatif, yaitu berlaku hh , dengan
, ,
ab h a b hi a b h a b f a g b
untuk setiap aA, bB. Homomorfisma tunggal tersebut dinotasikan dengan h f g. Dengan demikian terbukti bahwa jika diberikan homomorfisma modul f X: X' dan
: '
g Y Y , maka ada dengan tunggal hasil kali tensor homomorfisma modul
: R ' R '
f g A B A B dengan ab f a
g b
untuk setiap a b X RY.Teorema berikut diperlukan untuk menunjukkan bahwa setiap barisan kanan eksak yang ditensorkan dengan suatu modul juga akan menghasilkan barisan kanan eksak.
3.2.Teorema (Hungerford, 1974):
Jika R adalah ring dengan elemen identitas dan XR, RY adalah R-modul uniter, maka berlaku
R R
A R A dan R BB. Bukti:
Perhatikan bahwa karena R adalah
R R -bimodul, maka ,
RRY adalah R-modul kiri dengan
r', rb
r r' b untuk setiap r b R RY dan r'R. Untuk sebarang1 1, 2 2 R dan ,
r b r b R Y a bR berlaku:
1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
1 1 2 2
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
a r b r b a r r b b a r r b b ar ar b b
ar b ar b
a b r b a b r b ar br b ar b br b
ab r b ab r b a br b a br b a b r b
1 1
1 1 1 11 r b 1r b r b
Perhatikan juga bahwa f R Y: Y adalah pemetaan bilinear dengan
r b, f r b
, rbuntuk setiap
r b, R B. Untuk sebarang r r, ', r"R dan , 'b b B berlaku:10
', ' ' , ',
, ' ' ' , , '
", " " , "
f r r b r r b rb r b f r b f r b f r b b r b b rb rb f r b f r b
f rr b rr b r r b f r r b
Oleh karena itu, terdapat dengan tunggal suatu homomorfisma grup :RRY Y dengan
rb
r b
rb untuk setiap
r b
R RY . Perhatikan bahwa terdapat :B R RY dengan b
b 1R b untuk setiap b Y sedemikian hingga:
1 1. , dan
1 1. ,
b b b b b
r b r b rb rb r b r b
yang artinya bahwa iB dan
R RB
i . Dengan demikian terbukti bahwa adalah suatu isomorfisma, atau terbukti RRY Y. Dengan cara yang sama akan diperoleh juga
ARR A.
4.Kaitan Antara Hasil Kali Tensor dengan Barisan Eksak
Setelah diberikan definisi dan contoh hasil kali tensor dua buah modul, selanjutnya akan diberikan sifat hasil kali tensor pada suatu barisan eksak.
4.1.Proposisi (Hungerford, 1974):
Diberikan ring R dan modul kiri RA dan RB . Jika Af B g C 0 adalah suatu barisan eksak kanan dan D adalah R-modul kanan, maka barisan
1 1
0
D f D g
R R R
D A D B D C juga merupakan suatu barisan eksak kanan (sebagai grup abelian).
Bukti:
Diketahui Af B g C 0 adalah suatu barisan eksak kanan. Akan ditunjukkan bahwa
1 1
0
D f D g
R R R
D A D B D C
juga merupakan barisan eksak. Dalam hal ini harus dibuktikan:
i Im 1
Dg
D RC,
ii Im 1
D f
Ker
1Dg
, dan
iii Im 1
Df
Ker
1Dg
.1) Karena g adalah suatu epimorfisma, berdasarkan hipotesis bahwa setiap generator dc dari DC adalah berbentuk dg b
1Dg
db
untuk suatu bB. Oleh karena itu,
Im 1Dg memuat semua generator dari DRC, dan dengan demikian terbukti bahwa
Im 1Dg D RC.
2) Karena Ker g
Im
f maka akan diperoleh g f 0 dan berlaku:
1
1
1
1
1
1 1 1
1
11 1 0 0,
D D D D D D D D D D
D D
g f g g f g f gf g f gf
gf
11 dan dengan demikian terbukti bahwa Im 1
D f
Ker
1Dg
.3) Misalkan diberikan :
DRB
DRB
Im 1
D f
adalah epimorfisma kanonik.Berdasarkan 2), maka akan terdapat suatu homomorfisma grup
: D RB Im 1D f D RC
dengan
d b
1D g
d b
d g b
untuk setiap d b D RB. Untuk lebih jelasnya, perhatikan hal berikut:
Im 1 :
R R D R
R R
D B D B f D C
D B D C
Dalam hal ini akan ditunjukkan bahwa merupakan suatu isomorfisma. Dengan menggunakan fakta ini, akan mengakibatkan Im 1
D f
Ker
1Dg
.Pertama, akan ditunjukkan bahwa :
D C
DRB
Im 1
D f
dengan
d c,
db
, dimana g b
c untuk suatu bB. Perhatikan bahwa terdapat minimal satu bB karena g adalah suatu epimorfisma. Jika g b
' c maka berlaku g b b
'
0dan b b ' Ker g
Im
f , dan oleh karena itu berlaku b b ' f a
untuk suatu aA. Selanjutnya, karena d f a
Im 1
D f
dan
d f a
0, maka akan diperoleh:
' ' '
' .
d b d b f a d b d f a d b d f a
d b
Oleh karena itu, terbukti bahwa terdefinisi dengan baik. Perhatikan juga bahwa merupakan pemetaan bilinear, yaitu untuk setiap d d1, 2D c c, ,1 2C, dan rR berlaku sebagai berikut.
1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 2 1
1 1 2 1
1 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 2
1 1 1 2
1 1 1 1 1 1 1 1
,
, ,
,
, ,
, ,
d d c d d c d c d c d c d c
d c d c
d c c d c c d c d c d c d c
d c d c
d r c d r c d rc d rc
Dari sini, akan terdapat dengan tunggal suatu homomorfisma grup
: D RC D RB Im 1D f
dengan
dc
d c
i d c
,
d c,
db
, dimana g b
c.Oleh karena itu, semua generator d c D RC berlaku:
d c
d b
d g b
d c
12 dimana merupakan pemetaan identitas. Dengan cara sama, juga merupakan pemetaan identitas, sehingga terbukti bahwa merupakan suatu isomomorfisma.
Proposisi di atas menyatakan bahwa jika suatu barisan eksak kanan ditensorkan dengan suatu modul, maka belum tentu barisan yang baru juga eksak kanan. Namun hal ini tidaklah berlaku sebaliknya, contoh penyangkalnya dijelaskan dalam Contoh 4.3 di bawah. Perhatikan kembali bahwa pada barisan eksak kiri, tidak berlaku bahwa barisan hasil kali tensornya selalu eksak kiri juga. Untuk itu, khusus untuk barisan eksak kiri diperoleh definisi khusus sebagai berikut.
4.2.Definisi (Hungerford, 1974):
Diberikan barisan eksak kiri dari R-modul kiri 0 A fB. Setiap R-modul kanan N disebut modul datar (flat) jika IN f N: RA N RB juga injektif.
Definisi untuk R-modul datar kiri diperoleh dengan cara analog.
Berikut merupakan contoh-contoh modul-modul yang flat dan tidak flat.
4.3.Contoh:
(1) Untuk setiap ring A, A adalah A-modul flat. Misalnya adalah -modul flat, karena untuk sebarang barisan eksak 0 A1 f A gA2 maka dengan menggunakan hasil kali tensor dengan -modul kanan , 0 A1f Ag A2 juga merupakan barisan eksak.
(2) Setiap ruang vektor V atas lapangan F adalah modul flat, artinya V adalah F-modul flat.
Lebih lanjut, setiap A-modul bebas adalah A-modul flat, karena untuk sebarang barisan eksak
1 2
0 A f A gA maka dengan menggunakan hasil kali tensor dengan F -modul kanan V, 0 V F A1f V F Ag V F A2 juga merupakan barisan eksak.
(3) Jika A adalah daerah integral dan I adalah ideal proper tak nol di A, maka A I bukan merupakan A-modul flat. Misalnya diberikan ideal proper 2 pada daerah integral , maka 2 2 bukanlah modul flat, karena 0 f 2 , dengan
: , 2
f z z dan : 2 , z z2 adalah barisan eksak, tetapi
2 2
0 2 f I 2 I 2 2
bukan barisan eksak. Perhatikan bahwa untuk suatu z z 2 berlaku
f I 2
zz
f z
I 2
z 2zz, dan berlaku:
f I 2
4 4
2.4 0
2
8 0 0 12 0 2.6 0 f I 66 , yang artinya bahwa fungsi
f I 2
bukan merupakan fungsi injektif.
13 5.Daftar Pustaka
[1] Dauns, J, Modules and Rings, 1994, Cambridge University Press, United Kingdom.
[2] Hazewinkel et al, Algebras, Rings and Modules, 2004, Kluwer Academics Publishers, New York.
[2] Hungerford, T. W. , Algebra, 2000, Springer Verlag, New York.